Спиновая плотность волны. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Спиновая плотность волны - термодинамически равновесное состояние вещества, характеризующееся пространственно неоднородным периодич. распределением плотности магн. момента М(r). При этом усреднённый макроскопич. магн. момент системы равен нулю

и спиновую плотность волны можно рассматривать как одно из проявлений антиферромагнетизма .Пространственное распределение М(r)описывается соотношением:

Чаще всего под спиновой плотностью волны понимают антиферромагнетизм системы взаимодействующих коллективизиров. электронов (см. Зонный магнетизм ).Парамагн. осн. состояние однородного электронного газа может оказаться неустойчивым относительно образования спиновой плотности волны. Неустойчивость зависит от характера взаимодействия между электронами. Особенности зонной структуры могут стабилизировать спиновую плотность волны, т. е. привести к антиферромагн. осн. состоянию электронной системы.

Критерий неустойчивости парамагн. состояния зонного магнетика (см. Стонера критерий ферромагнетизма)определяется не только величиной потенциала межэлектронного взаимодействия, но и зависимостью магн. восприимчивости

от электронного волнового вектора q. Напр., если в силу к--л. особенности топологии фермаповерхности обладает резко выраженным максимумом при нек-ром значении

, то фазовый переход при

из парамагн. состояния в состояние с спиновой плотностью волны может иметь место даже при слабом взаимодействии между электронами. Наличие конгруэнтных (совпадающих при трансляции на волновой вектор Q)электронных и дырочных участков на поверхности Ферми (н е с т и н г) в веществах с металлич. проводимостью приводит к возможности триплетного электрон-дырочного спаривания с возникновением спиновой плотности волны.

наиб. подходящей моделью для микроскопич. описания фазового перехода в состояние с спиновой плотностью волны является модель экситонного диэлектрика. В системах с спиновой плотностью волны появляются щель

в электронном энергетич. спектре и особенности плотности состояний на краях этой щели. С этим связаны особенности оптич., кинетич., магн., упругих и др. свойств спиновой плотности волны. От краёв щели «отщепляются» спин-поляризов. состояния, отсутствующие в парамагн. фазе и приводящие к резонансным аномалиям кинетич. свойств. Необычно и поведение дефектов: в окрестности дефекта происходит дополнит. перераспределение спиновой плотности, т. в. формируется ближний антиферромагн. порядок, сохраняющий-

ся иногда выше точки Нееля T_N (локализованная спиновая плотность волны). На фоне осн. состояния ниже точки Нееля Т < Т_N в электронном газе формируются своеобразные коллективные возбуждения спиновой плотности (амплитудоны, фазоны, спиновая плотность волны - магноны). Теория предсказывает также существование слабо затухающих коллективных возбуждений выше Т_N. С. п. в. образуется в результате фазового перехода (обычно 2-го рода, хотя возможны фазовые превращения 1-го рода) при температуре ниже точки Нееля (рис.).

Фазовая диаграмма экситонного диэлектрика для фазового перехода в состояние волны спиновой плотности (2-го рода): П - парамагнитная фаза; С - антиферромагнитная соизмеримая фаза; Н - антиферромагнитная несоизмеримая фаза; , соответствует Т = 0 К, , Т_N - темп-pa перехода в состояние волны спиновой плотности при

Пространственный период волны может выражаться через целое число постоянных кристаллич. решётки (соизмеримая фаза), но возможно появление и несоизмеримых сверхструктур, т. е. спиновая плотность волны, период к-рых не кратен периоду кристаллич. решётки.

В переходных металлах и их сплавах реализуется ситуация, когда Q = G/2, где G - вектор обратной решётки, что соответствует соизмеримой фазе. В более общем случае

, где

и зависит от Т, что соответствует несоизмеримой фазе.

Среди чистых металлов, в к-рых наблюдаются спиновые плотности волн, наиб. исследован Сr, поверхность Ферми к-рого обладает двумя конгруэнтными участками: дырочным октаэдром, центрированным в точке Н Бриллюэна зоны, и электронным квазиоктаэдром, центрированным в точке Г. Октаэдрич. грани перпендикулярны к направлению [111], и электронный октаэдр меньше дырочного. Значит. часть этих двух листов поверхности Ферми может быть совмещена трансляцией на волновой вектор

, где

при Т = 0 K. При этом суммарные объёмы электронного и дырочного октаэдров примерно равны, и в фазе спиновой плотности волны эти октаэдры исчезают, перекрытые щелью.

Измерения нейтронной дифракции на монокристаллах Сr показали, что магн. упорядочение в нём существенно отличается от обычного антиферромагнетизма (см. Магнитная нейтронография ),причём

имеет слабую температурную зависимость (при Т ~ T_N величина

). Выше T_N ср. магн. момент на 1 атом Сr порядка

(в ферромагн. фазе он составляет

). Темп-pa Нееля чистого

К; при Т < 120 К поперечная модуляция периодической магн. структуры сменяется на продольную - происходит т. н. с п и н - ф л и п переход.

Теория зонного антиферромагнетизма и спиновой плотности волны позволила интерпретировать магн. свойства сплавов Сг. Концентрац. фазовые диаграммы этих сплавов, переход из несоизмеримой структуры в соизмеримую, изменение магн. структуры и свойств под давлением и др. особенности также хорошо описываются моделью экситонного диэлектрика. При этом в сплавах Сг с немагнитными переходными металлами изменение состава сплава влияет на T_N и параметры структуры спиновой плотности волны. Напр., для сплавов с Мо и W влияние примесного рассеяния электронов - единств, причина изменения T_Nи параметров структуры. Для сплавов с металламидонорами (Mn, Re, Os, Rh и др.) с ростом их концентрации происходит выравнивание объёмов электронного и дырочного октаэдров, и при нек-рой концентрации примеси происходит переход из модулированной в чисто удвоенную антиферромагн. структуру. Для металлов-акцепторов (V, Ni) с ростом их концентрации

растёт. Зависимость T_N от концентрации примеси для доноров немонотонная, для акцепторов - падающая.

Выявлены и др. металлич. системы, в к-рых имеет место переход из парамагн. состояния в состояние со спиновой плотностью волны. К ним относятся редкоземельные металлы и их сплавы с переходными металлами, обладающие геликоидальной антиферромагн. структурой. В этих веществах поверхность Ферми имеет конгруэнтные «ленточные» участки

. Примерами таких систем служат Еu и сплавы Y и Se с тяжёлыми редкоземельными металлами (Tb, Gd, Dy, Но). В сплавах Y и Sc с Ег и Тm реализуется синусоидальная антиферромагн. структура, т. е. спиновая плотность волны, происхождение к-рой также связано с особенностью поверхности Ферми.

Сплавы и соединения переходных металлов также испытывают переход из парамагн. состояния в состояние спиновой плотности волны. К таким системам относятся упорядоченные сплавы FeRh, Pt₃Fe, MnNi, геликоидальные магнетики FeGe₂, MnS₂, соединение СrВ₂, сложные халькогени-ды ванадия (V₃S₄, V₅S₈), возможно, сульфид никеля NiS и интерметаллические соединения ИЗ группы фаз Лавеса TiBe₂ и

. В т. н. ф а з а х Магнелли

при

также имеет место переход в фазу спиновой плотности волны, причём на фоне волны зарядовой плотности. В ряде актинидных соединений с тяжёлыми фермионами (URuSi₂, UCu₅, UCd₁₁, U₂Zn₇, U_1-xTh_xPt₃) Спиновая плотность волны формируется при низких температурах в фазе тяжёлой ферми-жидкости. Конкретное применение модели спиновой плотности волны к перечисленным объектам требует учёта дополнит. эффектов - магнитострикции, спиновой поляризации остальных участков поверхности Ферми, наличия вблизи неё т. н. резонанса Абрикосова - Суда (см. Промежуточная валентность).

Особой группой веществ, в к-рых наблюдались состояния спиновой плотности волны, являются нек-рые квазиодномерные органические проводники ,напр. (TMTSF)₂X - тетраметил-тетраселенфульвален, где X - анионы (X = PF₆, AsF₆). Установлено также существование спиновой плотности волны и с нек-рыми др. анионами. Переходу в антиферромагн. фазу отвечает спиновая плотность волны с удвоенным (по сравнению с постоянной решётки) периодом в продольном направлении. Возможно, что магн. упорядочение в металлооксидах типа La-Sr-Сu-О и Y-Ва-Сu-О также представляет собой спиновую плотность волны, что связано с проблемой высокотемпературной сверхпроводимости (см. Оксидные высокотемпературные сверхпроводники).

В широком смысле понятие спиновой плотностью волны может быть обобщено на случай произвольных периодич. сверхструктур в антиферромагнетиках (геликоидальные, синусоидальные структуры). Феноменелогич. теория магн. сверхструктур основывается на теории фазовых переходов 2-го рода. В неметаллах формирование сверхструктур происходит под влиянием релятивистских взаимодействий спин - решётка и спин - спин, а также вследствие анизотропного обменного взаимодействия. Периоды сверхструктур в антиферромагн. металлах определяются взаимодействием электронов проводимости со спинами магн. ионов и мало отличаются от величин, обратных экстремальным диаметрам поверхности Ферми.

Литература по спиновой плотности волны

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.